Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Verbesserungen an den numerischen Verfahren erreicht. Dies zeigt sich auch an dem oben aufgeführten
Vergleich von Rechnung und anschließendem Experiment auf einer durchaus außergewöhnlichen
Geometrie. Zur Gewinnung von Vertrauen in die eingesetzen Verfahren und
damit in das berechnete Optimum sind aber zum einen das Sammeln von Optimierungserfahrungen
und zum anderen der Abgleich der numerischen Ergebnisse mit experimentellen Untersuchungen
noch dringend erforderlich. Dabei soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden,
daß hierbei auch außergewöhnliche, unter normalen Gesichtspunkten verworfene Geometrien,
untersucht werden sollten, um die technisch noch anwendbaren Grenzen der numerischen Verfahren
auszuloten. Ein erhebliches Potential, sowohl was die Rechneranforderungen bei Sensitivitätenbestimmungen
(Gradientenbestimmung) betrifft, als auch deren qualitative Aussage
(Rechenzeit unabhängig der Anzahl der Entwurfsvariablen, entsprechend Sensitivitäten) liegt
noch im Aufbau eines direkten adjungierten Verfahrens zur Strömungslösung.
Der dritte Punkt besteht darin, die in der numerischen Lösung aufgelösten dreidimensionalen
Effekte durch ein geeignetes Postprocessing zu erkennen und geeignet zu bewerten. Dieser
Punkt teilt sich dabei zum einen in eine automatisierte Auswertung während der Optimierungsdurchläufe,
zum anderen in eine detaillierte manuelle Untersuchung der dreidimensionalen
Strömungstopologie, z. B. der erhaltenen optimalen Konfiguration. Im ersten Fall ist der
geeignete Aufbau des Zielfunktionswerts aus mehreren Einzelwerten notwendig, um genau die
gewünschten, oft auch nur lokalen Änderungen der Strömungstopologie durch die Änderung
des Zielfunktionswertes zu erfassen. Dies ist besonders entscheidend bei nur geringfügigen
geometrischen Änderungen, wie z. B. bei Gradientenrechnungen. Eine Bewertung allein
anhand etwa der Nachkommastellen des Verlustbeiwerts kann aufgrund des Abbruchs eines
iterativen Strömungslösers zu verfälschten Gradienten- und Zielfunktionsinformationen führen.
Daraus ergibt sich zumindest eine Verschlechterung der Konvergenz des Verfahrens, wenn
nicht sogar der Verlust einer optimalen Lösung. Die integrale Bewertung einer Geometrie
sollte deswegen zumindest aus der Kombination von Totaldruckverlust, secondary kinetic
energy, zur Bewertung der noch nicht ausgemischten Verluste und der Entropieerzeugung
erfolgen. Zusätzlich sollten Kriterien die Details der Sekundärströmungen und der Umlenkaufgabe
erfassen. Neben dem Zielfunktionswert ist es notwendig, das Optimierungsproblem
durch geeignete Nebenbedingungen zu definieren. Dies ist einerseits zwingend, um die
gesetzte technische Aufgabe, wie die Umlenkung, zu definieren, andererseits muß die Stabilität
der numerischen Modelle und Werkzeuge gewährleistet bleiben. Die manuelle Auswertung
einer Strömungssituation muß es ermöglichen, die dreidimensionalen Strömungsphänomene
einfach zu erfassen, um sie mit dem physikalischen Verständnis anhand ihrer Plausibilität
überprüfen zu können. Zweidimensionale darstellende Verfahren stoßen hierbei oft an ihre
Grenzen. Ein neuer Ansatz zur Verbesserung besteht hier in der dreidimensionalen Darstellung
mittels Verfahren der virtuellen Realität58 .
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